Synthese und spektroskopische Untersuchungen von 5-Deazaflavin-Isotopologen in isotropen und anisotropen Umgebungen

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Fischer; Professor Dr. Stefan Weber
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459493567

Deazaflavine sind wichtige Analoga der natürlich vorkommenden Flavine Riboflavin, Flavinmononukleotid und Flavin-Adenin-Dinukleotid. Die Verwendung von 5-Deazaflavinen als Ersatz-Coenzyme in einer Reihe von Flavoproteinen hat sich bei der Entschlüsselung und Manipulation von deren Reaktionsmechanismen als besonders wertvoll erwiesen. Dabei wurde vielfach beobachtet, dass die Einelektronenübertragung in Flavoproteinen im entsprechenden Protein mit 5-Deazaflavin-Cofaktor nicht oder nur sehr langsam stattfindet. Von diesen Ergebnissen ausgehend wurde geschlossen, dass 5-Deazaflavinradikale im Vergleich zu den entsprechenden Flavin(semichinon)radikalen sehr viel instabiler sind und rasch reoxidieren oder disproportionieren. In Anbetracht unserer jüngsten (indirekten) Beobachtung einer Einelektronen-reduzierten (paramagnetischen) 5-Deazaflavinspezies mit der photo-CIDNP-NMR-Spektroskopie (CIDNP, chemisch induzierte dynamische Kernspinpolarisation), sollte das seit langem bestehende Paradigma, 5-Deazaflavine seien ausschließlich Zwei-Elektronen-/Hydrid-Akzeptoren bzw. -Donoren, neu bewertet werden. Wir beabsichtigen, die elektronischen Strukturen von 5-Deazaflavin-Radikalen in isotropen und anisotropen Umgebungen mit Hilfe von auf der Elektronenspinresonanz basierenden Hyperfeinmethoden sowie der Photo-CIDNP-NMR über Hyperfeinkopplungen zu charakterisieren. Die für diesen Zweck benötigte Bibliothek von selektiv mit Stabilisotopen (13C, 15N) markierten 5-Deazaflavinen wird synthetisiert und in verschiedene Blaulicht-Photorezeptordomänen (LOV und BLUF) eingebaut, die für optogenetische Anwendungen von großem Interesse sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen